金刚石新特性或将改善集成电路的工作性能

美国能源部的阿贡国家实验室近日称，他们的两项最新研究揭示了纳米多晶金刚石薄膜之前未被发现的一些新特性。通过降低“热预算”，金刚石的这些新特性或将大大改善集成电路的工作性能。
　　近年来，工程师们试图通过零部件微型化来研制更高效的电子设备，但技术层面无一不遇到了“热瓶颈”，阿贡实验室的纳米科学家 Anirudha Sumant称。
　　在热瓶颈问题上，电子器件工作过程中产生的过多热量对元件性能产生不良影响。要解决这个热瓶颈，唯有研制出能够给电子设备散热的方法和材料。
　　金刚石薄膜不同寻常的热性能则激励着科学家们通过与其他半导体材料的整合，让金刚石薄膜成为电子零件的散热器。然而，金刚石薄膜生长的沉积温度超过了800℃，这又使得该方法的可行性微乎其微。
　　研究者Sumant说，“我们的重点就是要在尽可能低的温度下生长金刚石薄膜;如果能将温度降低至400摄氏度，就完全有可能将金刚石薄膜与其它半导体材料整合在一起”。
　　通过改变金刚石薄膜的沉积过程，Sumant和他的同事已经能够将温度降低至400℃左右，并通过控制金刚石粒度来调整金刚石薄膜的热性能。这一研究成果使得金刚石直接与石墨烯和氮化镓——这两种重要的材料结合在了一起。
　　据Sumant称，金刚石比硅和氧化硅具有更好的热传导性能，后两者通常用来制造石墨烯设备。而现在，排热性能大大改善，基于金刚石的石墨烯材料能够承受更大的电流密度。
　　在另外一项研究中，采用同样的低温生长金刚石薄膜法，Sumant将薄膜和氮化镓结合，后者通常用于LED制造。实验在氮化镓衬底上沉积出300纳米厚度的金刚石薄膜，该薄膜具有超乎寻常的热传导性能。由于集成电路在温度上的一点点差异就会影响到整个电子设备的性能，所以Sumant称此研究发现的意义非同寻常。
　　“我们的实验共同点就是发现了既高效散热又节能的新方法。”Sumant说，这些实验过程对于工业制造来说十分重要，有助于解决半导体集成电路制造中的一些传统限制问题，为下一代新型电子设备的研发做了铺垫。
　　这项研究发表在Nano Letters andAdvanced Functional Materials，由Sumant和加利福尼亚大学的Alexander Balandin教授及其学生Jie Yu， Guanxiong Liu 和 Dr. Vivek Goyal合作完成。项目得到美国国家科学能源办公室基础能源科学项目的基金支持。(编译自‘Diamond-based materials brighten the future of electronics’)